Tiếng Việt
Đột phá của Trung Quốc trong sản xuất linh kiện không gian vũ trụ có thành mỏng: Công nghệ phay gương dẫn dắt tương lai
Tạo vào 2025.08.22
Tại sao nhẹ hơn có nghĩa là tốt hơn
Trong kỹ thuật hàng không vũ trụ, việc giảm trọng lượng có liên quan trực tiếp đến hiệu suất. Một khung máy bay nhẹ hơn cho phép máy bay bay xa hơn, chở được nhiều hàng hóa hơn và tiêu thụ ít nhiên liệu hơn. Đối với tên lửa, mỗi kilogram tiết kiệm trong cấu trúc chuyển thành hàng hóa bổ sung được đưa vào quỹ đạo. Tuy nhiên, các thành phần làm cho điều này trở nên khả thi—các lớp vỏ máy bay cong lớn và đáy bể tên lửa—phải chịu đựng các áp lực cực đoan trong khi vẫn duy trì độ chính xác khí động học.
Trong nhiều thập kỷ, các nhà sản xuất đã dựa vào gia công hóa học. Quy trình này, mặc dù được sử dụng rộng rãi, đã mang lại những thách thức đáng kể: độ chính xác thấp, độ dày tường không đồng đều, ô nhiễm môi trường nặng nề và khả năng áp dụng hạn chế cho các vật liệu mới như hợp kim nhôm-lithium. Khi các chương trình thế hệ tiếp theo yêu cầu tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng cao hơn, gia công hóa học trở thành một trở ngại thay vì một giải pháp.
Sự xuất hiện của công nghệ phay gương—một phương pháp gia công năm trục kép—nay đã định nghĩa lại cách mà các linh kiện hàng không vũ trụ có thành mỏng có thể được sản xuất. Những nỗ lực nghiên cứu bền bỉ của Trung Quốc trong suốt thập kỷ qua đã đẩy quy trình từng phụ thuộc vào nhập khẩu này vào một lĩnh vực đổi mới trong nước và ứng dụng quy mô lớn.
Vượt qua nút thắt của quy trình truyền thống
Vỏ máy bay phải kết hợp cấu trúc siêu nhẹ với tuổi thọ mệt mỏi dài, trong khi đáy bể tên lửa phải chịu được cả áp suất chất đẩy và lực tác động khổng lồ trong quá trình phóng. Khắc hóa học truyền thống (mài hóa học) có một số điểm yếu vốn có:
- Độ chính xác gia công thấp
và khó khăn trong việc duy trì độ dày đồng nhất
- Tác động môi trường
, với chất thải hóa học và ô nhiễm cao
- Sự phụ thuộc vào lao động thủ công
, làm cho quy mô và tính nhất quán trở nên khó khăn
- Không tương thích với hợp kim tiên tiến
như nhôm-lithium
- Không thể loại bỏ độ dày tường không đồng đều
trong các bộ phận đường kính lớn
Những vấn đề này trở thành một nút thắt nghiêm trọng, hạn chế sự cải thiện trong cả hiệu suất của máy bay và phương tiện không gian.
Đột phá của Trung Quốc: Phay gương hai trục năm
Mài gương thường được coi là “viên ngọc quý” của gia công năm trục. Quy trình này liên quan đến chuyển động đồng bộ của hai đầu mài—một đầu cắt và một đầu hỗ trợ—làm việc theo hình ảnh gương. Đo đạc độ dày tường theo thời gian thực và hỗ trợ thích ứng ngăn ngừa biến dạng của các bộ phận yếu, tường mỏng.
Trong nhiều thập kỷ, công nghệ này đã bị độc quyền bởi các nhà cung cấp châu Âu như Dufieux (Pháp) và M.Torres (Tây Ban Nha). Một máy 12 mét từng có giá trên 110 triệu nhân dân tệ (15 triệu USD), thường được bán theo các hợp đồng hạn chế cấm chuyển nhượng công nghệ cốt lõi.
Phản ứng của Trung Quốc là một nỗ lực quốc gia kéo dài một thập kỷ. Một liên doanh bao gồm Đại học Giao thông Thượng Hải, Topplus CNC, COMAC, AVIC Xi'an Aircraft và Nhà máy chế tạo tên lửa Thiên Tân đã đạt được một loạt các bước đột phá trên toàn bộ chuỗi - lý thuyết, công nghệ, quy trình và thiết bị. Các thành tựu chính bao gồm:
- Phát triển các kỹ thuật gia công chính xác cho các bề mặt linh hoạt lớn
- Xây dựng thế giới
máy phay gương hai trục dọc năm trục đầu tiên
- Sự sáng tạo của thế giới
hệ thống phay gương hai trục năm lớn nhất theo chiều ngang
- Quy trình mới cho
vỏ máy bay và đáy bể tên lửa tích hợp
Những tiến bộ này đã được áp dụng thành công cho các chương trình lớn như máy bay vận tải Y-20, máy bay chở khách C919, chương trình không gian có người lái của Trung Quốc và đáy bể tích hợp 5 mét cho các nhiệm vụ trên mặt trăng.
Đợt giao hàng đầu tiên: Bước vào Top Ba toàn cầu
Năm 2017, Đại học Giao thông Thượng Hải và Topplus CNC Thượng Hải đã chế tạo máy phay gương đầu tiên trong nước của Trung Quốc, lấp đầy một khoảng trống lâu dài. Điều này đã đưa Trung Quốc trở thành quốc gia thứ ba trên thế giới nắm vững công nghệ này, sau Pháp và Tây Ban Nha.
Hệ thống đã vượt qua các rào cản kỹ thuật chính như hỗ trợ giảm chấn cho các cấu trúc siêu mỏng, đo độ dày tường trực tuyến và bù đắp, và nâng cao độ chính xác động học của máy. Khi áp dụng cho các phần bể tên lửa, độ dung sai độ dày tường đã cải thiện gấp năm lần so với gia công hóa học.
Đột phá này đã được Bộ Công nghiệp và Công nghệ Thông tin của Trung Quốc công nhận là một phần của “Năm năm tiến bộ trong các thành tựu thiết bị lớn.”
Mở rộng khả năng: Từ 3 Mét đến 5 Mét
Chinh phục “Vỏ trứng Khổng lồ”
Các nhóm nghiên cứu tiếp theo đã phát triển một máy 5 trục đôi thẳng đứng lớp 3 mét, mở rộng các ứng dụng gia công gương từ cấu trúc cong đơn sang cấu trúc cong đôi. Tại Thiên Tân, họ đã gia công thành công đáy bể tên lửa dài 3,35 mét với độ dày tường chỉ 1 mm, đạt được tỷ lệ đường kính trên độ dày là 3350:1.
Để vượt qua độ cứng yếu cực đoan—được ví như gia công một “vỏ trứng khổng lồ”—các kỹ sư đã giới thiệu quét laser, bù đắp độ dày tự động và kiểm soát biến dạng kỹ thuật số. Điều này đã cho phép sản xuất chính xác, xanh với thời gian chu kỳ ngắn hơn đáng kể.
Từ Bài Viết Đầu Tiên Đến Sản Xuất Đại Trà
Tại Nhà máy Hàng không Vũ trụ Thượng Hải 149, các quy trình phay gương cho đáy bồn tên lửa đã được cải tiến trong ba năm. Độ chính xác được cải thiện lên ±0,1 mm, trong khi thời gian xử lý giảm từ 20 ngày xuống chỉ còn 6–7 ngày. Vào tháng 10 năm 2023, nhà máy đã tổ chức lễ ra mắt bồn tích hợp 3 mét thứ 100, đánh dấu sự trưởng thành của công nghệ cho sản xuất hàng loạt.
Mở rộng lên 5 mét
Vào năm 2024, Trung Quốc đã đạt được một thành tựu thế giới khác—mài gương đáy bể chứa tên lửa có đường kính 5 mét. Thách thức rất lớn: độ đồng nhất của độ dày tường trở nên khó duy trì hơn nhiều, và rủi ro biến dạng tăng lên gấp bội. Các kỹ sư đã thiết kế một máy dọc hai đầu với chiều dài 6 mét, hỗ trợ đồng bộ 110°, quét độ dày thời gian thực được cải tiến và hệ thống kẹp được nâng cấp.
Thành tựu này đánh dấu một sự chuyển đổi hoàn toàn từ việc gia công và hàn hóa chất ô nhiễm, độ chính xác thấp sang gia công gương độ chính xác cao, sạch sẽ cho các cấu trúc tên lửa lớn.
Ứng dụng trong Ngành Hàng Không: Từ C919 đến Y-20
Đảm bảo chuỗi cung ứng C919
Máy bay chở khách C919 yêu cầu các lớp vỏ thân máy bay có tuổi thọ mỏi vượt quá tiêu chuẩn của Boeing và Airbus, nhiều trong số đó được làm từ hợp kim nhôm-lithium. Gia công hóa học truyền thống không thể đáp ứng những yêu cầu này.
Tại một thời điểm, chuỗi cung ứng C919 phụ thuộc vào máy phay gương nhập khẩu. Nhưng khi thiết bị nước ngoài gặp sự cố, Trung Quốc đã đối mặt với nguy cơ gián đoạn cung ứng. Các đội ngũ trong nước đã nhanh chóng can thiệp, cung cấp các hệ thống phay gương hai trục ngang năm trục với độ chính xác, hiệu suất và phạm vi cao hơn so với các lựa chọn nhập khẩu.
Hôm nay, năm dây chuyền sản xuất tự động dựa trên gia công gương trong nước đã được lắp đặt, cung cấp vỏ cho hơn 60 bộ máy bay, đảm bảo sản xuất an toàn và đáng tin cậy cho chương trình C919.
Hỗ trợ máy bay vận tải Y-20
Máy bay vận tải lớn Y-20 có các lớp vỏ thân máy bay cong lớn, được các kỹ sư mô tả là “các lớp phim kim loại.” Những cấu trúc siêu lớn, siêu mỏng này rất dễ bị biến dạng trong quá trình gia công. Thiết bị CNC truyền thống không thể thích ứng.
Để giải quyết vấn đề này, AVIC Xi’an Aircraft và các đối tác của mình đã phát triển máy phay gương lớn nhất thế giới, một hệ thống hai trục ngang năm trục dài 12 mét. Nó cho phép phay tự động, chính xác các bề mặt lớn, biến những gì từng là một điểm nghẽn quan trọng thành một quy trình mạnh mẽ.
Thiết bị không chỉ đáp ứng mà còn vượt qua mong đợi về hiệu suất, thiết lập một quy trình hoàn chỉnh và hệ thống thiết bị cho các bề mặt cong lớn. Nó hiện đang hỗ trợ cả chương trình Y-20 và C919, và đã được Nhân Dân Nhật Báo công nhận là một cột mốc trong đổi mới máy công cụ cao cấp.
Tác động rộng rãi đến ngành công nghiệp máy công cụ của Trung Quốc
Sự thành công của gia công gương đã mở rộng ra ngoài ngành hàng không vũ trụ vào lĩnh vực máy công cụ cao cấp rộng lớn hơn. Ảnh hưởng của nó bao gồm:
- Phát triển của
máy phay panel năm trục ngang được cấu hình cho hợp kim nhôm và titan
- Thành lập dây chuyền sản xuất phay panel tự động đầu tiên của Trung Quốc
- Cải tiến hiệu suất lên đến
cao gấp bốn lần so với các máy phay cổng thông thường
- Tiến bộ trong
gia công cổng năm trục siêu cao độ chính xác lớn cho các thành phần máy bay dân dụng
- Chuyển đổi quy trình lắp ráp từ lắp ghép thủ công sang
lắp ráp thay thế hiệu quả cao
Những thành tựu này không chỉ đảm bảo độc lập trong một công nghệ từng bị độc quyền, mà còn nâng cao khả năng cạnh tranh toàn cầu của Trung Quốc trong lĩnh vực sản xuất chính xác.
Hướng tới một kỷ nguyên mới trong sản xuất hàng không vũ trụ
Từ đáy bể 3 mét đến 5 mét, từ hợp kim nhôm-lithium đến lớp kim loại siêu mỏng, các chương trình phay gương của Trung Quốc đã đạt được một loạt thành tựu đầu tiên trên thế giới. Sau hơn một thập kỷ nỗ lực, các đội ngũ Trung Quốc đã mang lại những đột phá trong lý thuyết, quy trình, thiết bị và ứng dụng công nghiệp.
Công nghệ hiện nay hỗ trợ các dự án quốc gia quan trọng bao gồm C919, Y-20, tên lửa Long March, chuyến bay vũ trụ có người lái và khám phá mặt trăng. Bằng cách thay thế gia công hóa học bằng gia công gương chính xác cao và thân thiện với môi trường, Trung Quốc không chỉ loại bỏ các nút thắt lâu dài mà còn định vị mình ở vị trí tiên phong trong sản xuất hàng không vũ trụ thế hệ tiếp theo.
Khi các ứng dụng mở rộng và công nghệ tiếp tục phát triển, gia công gương sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng—giúp ngành hàng không vũ trụ của Trung Quốc đạt được những tầm cao mới trong khi định hình tương lai của sản xuất hàng không vũ trụ toàn cầu.
Liên hệ
Để lại thông tin của bạn và chúng tôi sẽ liên hệ với bạn.
电话
WhatsApp
Wechat